BR112014002484B1

BR112014002484B1 - method and device for testing insulation on an electrical machine during machine operation

Info

Publication number: BR112014002484B1
Application number: BR112014002484-7A
Authority: BR
Inventors: Thomas Wolbank
Original assignee: Technische Universität Wien
Priority date: 2011-08-01
Filing date: 2012-08-01
Publication date: 2020-10-13
Also published as: BR112014002484A2; ZA201400887B; EP2739983B1; WO2013016750A8; EP2739983A1; AU2012289811A1; CN103733080A; RU2014107933A; CA2842287C; WO2013016750A1; US20140176152A1; RU2599910C2; US9529032B2; AU2012289811B2; ES2566552T3; CN103733080B; AT511807B1; AT511807A4; CA2842287A1

Abstract

MÉTODO E DISPOSITIVO PARA DETECÇÃO DE UMA DETERIORAÇÃO NO ESTADO DE UM ISOLAMENTO NA OPERAÇÃO DE UMA MÁQUINA ELÉTRICA. A presente invenção refere-se a um método e a um dispositivo (1) para a detecção online de uma deterioração no estado de um isolamento em uma máquina elétrica (2). Uma tensão em passos é aplicada ao(s) enrolamento(s) (3) da máquina (2) com o auxílio de um conversor (41), e a corrente (i) induzida desta forma, e/ou o tempo derivado (di/dt) deste, é adquirido como um sinal de medição com o auxílio de pelo menos um sensor (6, 7, 8) e é então sobreamostrado com uma frequência mais alta do que as frequências características para o ajuste. O sinal obtido pela dita superamostragem é então avaliado com relação aos parâmetros do processo de ajuste como a superação (Ah) e/ou frequência natural (1/DeltaT) e/ou um amortecimento constante, para detectar qualquer deterioração no isolamento.METHOD AND DEVICE FOR DETECTION OF DETERIORATION IN THE STATE OF INSULATION IN THE OPERATION OF AN ELECTRICAL MACHINE. The present invention relates to a method and a device (1) for the online detection of a deterioration in the state of an insulation in an electrical machine (2). A step voltage is applied to the winding (s) (3) of the machine (2) with the aid of a converter (41), and the current (i) induced in this way, and / or the derived time (di / dt) of this, it is acquired as a measurement signal with the aid of at least one sensor (6, 7, 8) and is then oversampled with a higher frequency than the characteristic frequencies for the adjustment. The signal obtained by said oversampling is then evaluated with respect to the parameters of the adjustment process such as overshoot (Ah) and / or natural frequency (1 / DeltaT) and / or constant damping, to detect any deterioration in the insulation.

Description

[001] A presente invenção refere-se a um método e a um dispositivo para a detecção online de uma deterioração no estado de isolamento dentro de ou em uma máquina elétrica.[001] The present invention relates to a method and a device for the online detection of a deterioration in the state of isolation inside or in an electrical machine.

[002] Máquinas elétricas de inversor de controlador estão sendo cada vez mais utilizadas em uma ampla gama de áreas. Em particular, tais sistemas de acionamento não estão somente sendo utilizados como padrão na indústria, mas também em sistemas de tração, e em particular em sistemas de segurança cruciais. Em relação a isso, está se tornado cada vez mais importante monitorar preventivamente esses sistemas em relação à condição e manutenção dos mesmos. A principal razão para a falha repetida dessas máquinas é a deterioração de isolamentos, em particular nos enrolamentos de estatores. Estudos mostraram que aproximadamente de 30 a 40% de todas as falhas estão relacionadas aos estatores, das quais em torno de 70%, por sua vez, são devido à deterioração ou falhas no isolamento de enrolamentos e no isolamento de solo.[002] Electric controller inverter machines are being increasingly used in a wide range of areas. In particular, such drive systems are not only being used as an industry standard, but also in traction systems, and in particular in crucial safety systems. In this regard, it is becoming increasingly important to preventively monitor these systems for condition and maintenance. The main reason for the repeated failure of these machines is the deterioration of insulation, in particular in the stator windings. Studies have shown that approximately 30 to 40% of all failures are related to stators, of which around 70%, in turn, are due to deterioration or failures in winding insulation and soil insulation.

[003] O isolamento dos enrolamentos de estator está sujeito a tensões particularmente altas quando operados com um inversor. De importante a esse respeito estão as tensões térmicas, elétricas, mecânicas e ambientais. Com o tempo essas tensões resultam em uma deterioração do isolamento e podem levar a falhas sérias da máquina em si ou de todo o sistema de acionamento com a máquina.[003] The insulation of the stator windings is subject to particularly high voltages when operated with an inverter. Important in this regard are thermal, electrical, mechanical and environmental stresses. Over time these stresses result in deterioration of the insulation and can lead to serious failure of the machine itself or of the entire drive system with the machine.

[004] Deterioração de estados de isolamento pode ocorrer não somente dentro dos enrolamentos, no entanto, mas também em condutores de fornecimento ou fiação elétrica. Aqui também, deteriorações ou falhas no isolamento são causas de uma falha da máquina, e, portanto, mudanças no estado de isolamento aqui deveriam também ser detectadas o mais rapidamente possível.[004] Deterioration of isolation states can occur not only within the windings, however, but also in supply conductors or electrical wiring. Here too, deterioration or insulation failure is the cause of a machine failure, and therefore changes in the insulation state here should also be detected as soon as possible.

[005] Na arte anterior, muitos métodos online e offline para detecção de falhas de isolamento já foram propostas, uma pesquisa e avaliação das várias técnicas sendo divulgadas, por exemplo, no artigo Grubic S. et al. "Uma Pesquisa em Testes e Monitoramento de Métodos para Sistemas de Isolamento de Estator de Máquinas de Indução de Baixa Voltagem Focando na Reversão de Problemas de Isolamento”, Transações nos Eletrônicos Industriais de IEEE Volume 55, n° 12, páginas 4127-4136, 2008. A detecção de uma deterioração de um isolamento, que está em particular entre enrolamentos individuais de uma bobina, é principalmente descrita como “possível utilizar testes offline”; um exemplo de um teste offline para máquinas desse tipo é o assim chamado método PD (PD - Descarga Parcial), uma desvantagem da qual é necessário o equipamento caro adicional para seu uso. A conclusão principal obtida a partir dessa citação é, entretanto, o fato de que métodos offline, como, em particular, o assim chamado Teste de Sobre tensão, são particularmente efetivos. Uma desvantagem de tais testes offline é que essas verificações ou testes não podem ser realizados continuamente, mas somente em intervalos de tempo relativamente longos. Seria importante, entretanto, fornecer um monitoramento mais ou menos contínuo, por exemplo, um monitoramento online, para detectar qualquer deterioração no estado de isolamento.[005] In the prior art, many online and offline methods for detecting insulation failures have already been proposed, a survey and evaluation of the various techniques being disclosed, for example, in the article Grubic S. et al. "A Research in Testing and Monitoring Methods for Stator Isolation Systems for Low Voltage Induction Machines Focusing on Reversing Insulation Problems", Transactions in Industrial Electronics from IEEE Volume 55, No. 12, pages 4127-4136, 2008 The detection of an deterioration of an insulation, which is in particular between individual windings of a coil, is mainly described as "possible to use offline tests"; an example of an offline test for machines of this type is the so-called PD method (PD - Partial Discharge), a disadvantage that additional expensive equipment is required for its use. The main conclusion drawn from this quote is, however, the fact that offline methods, such as, in particular, the so-called Over Voltage Test , are particularly effective. A disadvantage of such offline tests is that these checks or tests cannot be performed continuously, but only at relatively long intervals s. It would be important, however, to provide more or less continuous monitoring, for example, online monitoring, to detect any deterioration in the state of isolation.

[006] A partir do Grubic S. et al., "Um Novo Conceito para Teste de Sobre tensão Online para a detecção de Deterioração de Isolamento", Congresso e Exposição de Conversão de Energia (ECCE), páginas 2747-2754, 2010, um conceito para testes online em relação à detecção de uma deterioração em um isolamento de enrolamento é conhecido. Nessa técnica, diferentes formas de conexão e desconexão, em particular indutoras, no circuito de fornecimento de voltagem (circuito de alimentação) são propostas, também, por exemplo, o isolamento adicional do motor a partir do fornecimento de energia. Nesse caso é também necessário aplicar uma pluralidade de pulsos com o aumento no nível de voltagem para o motor. Essa técnica é relativamente complexa e demorada.[006] From Grubic S. et al., "A New Concept for Online Over Voltage Testing for Detecting Insulation Deterioration", Congress and Energy Conversion Exhibition (ECCE), pages 2747-2754, 2010, a concept for online testing regarding the detection of deterioration in a winding insulation is known. In this technique, different forms of connection and disconnection, in particular inductors, in the voltage supply circuit (supply circuit) are also proposed, for example, to further isolate the motor from the power supply. In that case it is also necessary to apply a plurality of pulses with the increase in the voltage level for the motor. This technique is relatively complex and time-consuming.

[007] JP 2010-268645 A descreve uma técnica para testes de isolamento em motores AC, em particular aqueles de motores de veículos. Especificamente, aqui está o estado do isolamento de enrolamentos de máquinas elétricas em relação ao alojamento de máquina, por exemplo, solo, que é detectado, em que a corrente em um ponto neutro (ponto zero) é sempre detectada; nesse caso os transitórios dessa corrente de ponto zero, como resultado de uma excitação, podem também ser avaliados, com um fator de amortecimento sendo calculado. O parâmetro solicitado pode ser detectado medindo a corrente total entre o inversor e a máquina, ou medindo a corrente entre o alojamento da máquina e solo, ou medindo a corrente entre o alojamento do inversor e o solo, com um sensor adicional separado sendo necessário em cada caso. A detecção de uma deterioração de isolamento é somente possível por uma comparação de medições a partir de pelo menos dois motores.[007] JP 2010-268645 A describes a technique for insulation tests on AC engines, in particular those for vehicle engines. Specifically, here is the state of the insulation of electrical machine windings in relation to the machine housing, for example, ground, which is detected, in which the current at a neutral point (zero point) is always detected; in this case the transients of this zero-point current, as a result of an excitation, can also be evaluated, with a damping factor being calculated. The requested parameter can be detected by measuring the total current between the inverter and the machine, or by measuring the current between the machine housing and the ground, or by measuring the current between the inverter housing and the ground, with a separate additional sensor being required in each case. Detection of insulation deterioration is only possible by comparing measurements from at least two motors.

[008] A partir de US 6.483.319 B1, um método para desempenhar testes de resposta de impedância de banda larga para detector qualquer falha iminente de um enrolamento de estator é conhecido. A resposta de impedância pode ser obtida aplicando frequências discretas ao enrolamento do estator, embora resulte em uma resolução baixa.[008] From US 6,483,319 B1, a method for performing broadband impedance response tests to detect any impending failure of a stator winding is known. The impedance response can be obtained by applying discrete frequencies to the stator winding, although it results in a low resolution.

[009] No WO 03/087855 A1, a medição de correntes em um controlador de motor é descrita, onde para reduzir a razão de sinal para barulho, a cláusula de sobreamostragem no sinal de medição é também divulgada. A investigação de estados de isolamento não está endereçada nesse documento.[009] In WO 03/087855 A1, the measurement of currents in a motor controller is described, where to reduce the signal to noise ratio, the oversampling clause in the measurement signal is also disclosed. The investigation of isolation states is not addressed in this document.

[0010] RU 2208236 C2 descreve, no contexto de um diagnóstico de isolamento de enrolamentos de motores elétricos, a avaliação dos sinais de voltagem de uma onda de voltagem íngreme, que requer, além disso, um medidor de voltagem para ser instalado nos terminais do motor.[0010] RU 2208236 C2 describes, in the context of an electrical motor winding insulation diagnosis, the evaluation of voltage signals from a steep voltage wave, which requires, in addition, a voltage meter to be installed at the terminals of the motor.

[0011] Para também ser mencionado aqui está o velho, não pré- publicado, aplicativo de EP 10450114.3, ou seu aplicativo PCT correspondente WO/EP2010/061502 (cf. também P. Nussbaumer et al. "Rastreamento de Saliências Baseadas em Controle sem Sensores de Máquinas de AC Explorando Inversores de Comutação Transitórios", Procedimentos de Simpósio de IEEE em Controle sem Sensores para Acionamentos Elétricos, SLED, 2010, páginas 238-242), onde - diferente do caso do presente problema de monitoramento de isolamento - a descoberta de assimetrias em uma máquina de corrente AC utilizando tempo transitório derivado da corrente é divulgada, que são causados no enrolamento da máquina pela aplicação de etapas de voltagem a ele. Nesse caso, a característica transitória do derivado da corrente no tempo é amostrada com uma frequência de amostra relativamente alta, para obter valores digitais maximamente significativos para a variação da corrente temporal relativa a uma janela de observação curta. Entretanto, o desenvolvimento de falhas de isolamento não pode ser encontrado com esse método.[0011] Also to be mentioned here is the old, unpublished application of EP 10450114.3, or its corresponding PCT application WO / EP2010 / 061502 (cf. also P. Nussbaumer et al. "Control-based Boss Tracking without AC Machine Sensors Exploring Transient Switching Inverters ", IEEE Symposium Procedures in Control without Sensors for Electric Drives, SLED, 2010, pages 238-242), where - unlike the case of the present insulation monitoring problem - the discovery of asymmetries in an AC current machine using transient time derived from the current is disclosed, which are caused in the winding of the machine by applying voltage steps to it. In this case, the transient characteristic of the current derivative over time is sampled with a relatively high sample frequency, to obtain maximally significant digital values for the variation of the temporal current relative to a short observation window. However, the development of insulation failures cannot be found with this method.

[0012] Assim, é um objeto da invenção propor um método, e um dispositivo, respectivamente, como definido inicialmente, com o qual uma detecção online confiável de deterioração do estado de isolamento dentro de uma máquina elétrica pode ser realizada, em que, mais que isso, o desenho e a complexidade construcional deveriam estar aptos a ser mantido o mais baixo possível.[0012] Thus, it is an object of the invention to propose a method, and a device, respectively, as initially defined, with which a reliable online detection of deterioration of the state of isolation within an electrical machine can be performed, in which, more that this, the design and the constructional complexity should be able to be kept as low as possible.

[0013] A invenção é baseada no fato de que a configuração de um sistema de acionamento com um inversor e uma máquina de indução é representada por uma rede complexa de resistores, indutores e capacidades. Assim como, a topologia e o desenho do inversor, por exemplo, exerce uma influência sobre seu acoplamento capacitivo parasita ao solo. O isolamento da máquina afeta as capacitâncias parasitas da fase ao solo, fase a fase e de enrolamento a enrolamento (isolamento de enrolamento geral ou isolamento de enrolamentos individuais uns dos outros, o assim chamado “isolamento interturnos"). Os tempos de aumento muito curtos dos pulsos de voltagem que são aplicados quando conectar o inversor aos rolamentos de máquina leva a reflexos e, portanto, a oscilações de alta frequência, e não somente na voltagem aplicada, mas também similarmente na corrente induzida nos respectivos enrolamentos. Se um elemento na rede complexa mencionada acima mudar depois disso, em particular por uma deterioração de isolamento interturnos o sistema inteiro torna-se "desafinado", em cujo caso uma alteração é produzida nas oscilações transitórias de alta frequência da corrente mencionada acima.[0013] The invention is based on the fact that the configuration of a drive system with an inverter and an induction machine is represented by a complex network of resistors, inductors and capacities. As well, the topology and design of the inverter, for example, has an influence on its parasitic capacitive coupling to the ground. The insulation of the machine affects the parasitic capacitances from phase to ground, phase to phase and from winding to winding (general winding insulation or insulation of individual windings from each other, the so-called “inter-time insulation”). Very short rise times of the voltage pulses that are applied when connecting the inverter to the machine bearings leads to reflections and, therefore, to high frequency oscillations, and not only in the applied voltage, but also similarly in the current induced in the respective windings. complex mentioned above change after that, in particular by deterioration of inter-night insulation the entire system becomes "out of tune", in which case a change is produced in the transient high-frequency oscillations of the aforementioned current.

[0014] Por outro lado, é válido notar que a maior parte dos sistemas de acionamento modernos já compreendem sensores de corrente no circuito de fornecimento, ou sensores que detectam o derivativo temporal da corrente, em que esses sensores também têm a intenção de estarem aptos a ser utilizados na presente tecnologia de detecção online de deteriorações no estado de isolamento.[0014] On the other hand, it is worth noting that most modern drive systems already include current sensors in the supply circuit, or sensors that detect the time derivative of the current, in which these sensors are also intended to be able to be used in the present online detection technology for deterioration in the isolation state.

[0015] Para alcançar o objetivo dado, a invenção fornece um método e um dispositivo. Modalidades vantajosas são os assuntos das concretizações.[0015] To achieve the given objective, the invention provides a method and a device. Advantageous modalities are the subjects of the achievements.

[0016] Em um nível mais detalhado, a invenção fornece primeira e principalmente um método para a detecção online de uma deterioração no estado de um isolamento em uma máquina elétrica, em que por meio de um inversor, uma voltagem em etapas é aplicada ao(s) enrolamento(s) da máquina e a corrente resultante e/ou o tempo derivativo do mesmo é detectado como um sinal de medição por meio de pelo menos um sendo e é então sobreamostrado em uma frequência relativamente alta se comparada às frequências características para uma oscilação transitória, depois disso, o que o sinal obteve pela sobreamostragem é analisado em relação aos parâmetros característicos do processo transitório, como ultrapassado e/ou frequência natural e/ou constante amortecimento, para detectar uma possível deterioração de um isolamento.[0016] At a more detailed level, the invention provides first and foremost a method for the online detection of a deterioration in the state of an insulation in an electrical machine, in which by means of an inverter, a stepped voltage is applied to ( s) winding (s) of the machine and the resulting current and / or the derivative time of the same is detected as a measurement signal by means of at least one being and is then oversampled at a relatively high frequency compared to the characteristic frequencies for a transient oscillation, after that, what the signal obtained by the oversampling is analyzed in relation to the characteristic parameters of the transient process, such as exceeded and / or natural frequency and / or constant damping, to detect a possible deterioration of an insulation.

[0017] De uma maneira correspondente, a invenção fornece um dispositivo para a detecção online de uma deterioração em um estado de um isolamento em uma máquina elétrica, em que um circuito de fornecimento possuindo um inversor e pelo menos um sensor está atribuído a máquina elétrica em um condutor de corrente à máquina, cujo sensor, na aplicação de etapas de voltagem, detecta uma corrente induzida em pelo menos um enrolamento da máquina ou no derivativo temporal do mesmo como um sinal de medição, em que o sensor está conectado a um dispositivo para sobreamostragem do sinal de medição uma frequência comparativamente alta relativa aos processos transitórios e as amostrar obtidas são encaminhadas para uma unidade de computador para determinar parâmetros característicos do processo transitório na aplicação de etapas de voltagem, como ultrapassado e/ou frequência natural e/ou constante amortecimento, para detectar uma possível deterioração de um isolamento.[0017] Correspondingly, the invention provides a device for the online detection of a deterioration in an insulation state in an electrical machine, in which a supply circuit having an inverter and at least one sensor is assigned to the electrical machine in a machine current conductor, whose sensor, in the application of voltage steps, detects a current induced in at least one winding of the machine or in its time derivative as a measurement signal, in which the sensor is connected to a device for oversampling the measurement signal a comparatively high frequency relative to the transient processes and the samples obtained are sent to a computer unit to determine characteristic parameters of the transient process in the application of voltage steps, such as exceeded and / or natural and / or constant frequency damping to detect possible deterioration of insulation.

[0018] A técnica proposta para detecção de falha de isolamento, ou detecção de deterioração de isolamento, portanto, utiliza mudanças na “resposta de corrente de etapas” para aplicar etapas de voltagem, como frequência natural ou taxa de amortecimento, ultrapassado, mas também - para a detecção de falha real - faz uso de valores no estado estacionário (estado imóvel) seguindo uma mudança em um elemento do sistema complexo acima causado por uma falha (incipiente), para o propósito de monitoramento de isolamento. A resposta de etapas para o inversor de operação de comutação é detectada com sensores de corrente, ou alternativamente com sensores de corrente derivativos, preferivelmente com sensores que já existam no circuito de fornecimento da máquina. Nesse contexto, é vantajoso que na presente técnica, correntes de fase sejam avaliadas, para que sensores separados possam ser evitados. Além disso, também é possível aplicar diferentes inversores de operações de comutação e detector as respostas do sistema a essas alterações de voltagem em etapas, e com taxas de amostragem relativamente altas, na gama de vários MHz (ou MS/s - superamostras por segundo), em que alterações nos parâmetros característicos do transitório de corrente de alta frequência podem ser detectadas. Tipos de sensores particularmente preferíveis utilizados são assim chamados sensores de tipo Rogowski, com os quais o derivativo tempo das correntes pode ser detectado. Esses sensores Rogowski estão também designados como sensores CDI (CDI - Inspetor Derivativo Atual). Nos testes realizados previamente, taxas de amostragem de 40 MHz provaram favoravelmente, enquanto as frequências de oscilação das oscilações de corrente induzidas foram, por exemplo, sobre a ordem de 100 ou 200 kHz.[0018] The proposed technique for detecting insulation failure, or detecting deterioration of insulation, therefore, uses changes in the “step current response” to apply voltage steps, such as natural frequency or damping rate, exceeded, but also - for the detection of real failure - makes use of values in the steady state (immobile state) following a change in an element of the complex system above caused by a failure (incipient), for the purpose of monitoring insulation. The step response for the switching operation inverter is detected with current sensors, or alternatively with derivative current sensors, preferably with sensors that already exist in the machine's supply circuit. In this context, it is advantageous that in the present technique, phase currents are evaluated, so that separate sensors can be avoided. In addition, it is also possible to apply different inverters for switching operations and to detect system responses to these voltage changes in stages, and with relatively high sampling rates, in the range of several MHz (or MS / s - super-samples per second) , in which changes in the characteristic parameters of the high frequency current transient can be detected. Particularly preferable types of sensors used are so-called Rogowski-type sensors, with which the time derivative of the currents can be detected. These Rogowski sensors are also designated as CDI sensors (CDI - Current Derivative Inspector). In the tests carried out previously, sampling rates of 40 MHz proved favorably, while the oscillation frequencies of the induced current oscillations were, for example, on the order of 100 or 200 kHz.

[0019] Uma vantagem da técnica presente também está no fato de que tirando o isolamento entre o enrolamento e o solo, o isolamento entre as fases assim como o isolamento entre os giros de fases individuais podem ser detectados. Diferenças na impedância entre o inversor (conversor) e o motor, que levam reflexos da onda de voltagem íngreme em giros individuais do enrolamento, são detectadas nos sinais de corrente de fase correspondentes. Nesse contexto, além disso, também é uma vantagem que o teste para uma deterioração de um isolamento também é possível no caso de somente uma máquina elétrica, em que por comparação dos parâmetros característicos das correntes de fase individual do motor, uma deterioração do isolamento de enrolamento de uma fase pode ser detectada na forma de uma assimetria da característica de isolamento.[0019] An advantage of the present technique is also the fact that apart from the insulation between the winding and the ground, the insulation between the phases as well as the insulation between the turns of individual phases can be detected. Differences in the impedance between the inverter (converter) and the motor, which take reflexes of the steep voltage wave in individual turns of the winding, are detected in the corresponding phase current signals. In this context, in addition, it is also an advantage that the test for a deterioration of an insulation is also possible in the case of only one electrical machine, in which by comparison of the characteristic parameters of the individual phase currents of the motor, a deterioration of the insulation of single phase winding can be detected in the form of an asymmetry of the insulation characteristic.

[0020] A sobreamostragem de alta frequência descrita pode ser implementada utilizando, por exemplo, conversores A/D de amostragem de alta frequência (adiante também abreviado como "ADC"), que devem ser utilizados juntamente com sensores de corrente de baixo custo ou sensores derivativos de corrente.[0020] The described high frequency oversampling can be implemented using, for example, high frequency sampling A / D converters (hereinafter also abbreviated as "ADC"), which must be used together with low cost current sensors or sensors current derivatives.

[0021] Para o processamento de dados (real), circuitos lógicos de baixo custo convencionais ou recursos de computação podem ser utilizados, de forma que as despesas solicitadas para implementar a invenção sejam extremamente baixas e de custo efetivo.[0021] For (real) data processing, conventional low-cost logic circuits or computing resources can be used, so that the expenses requested to implement the invention are extremely low and cost effective.

[0022] Contudo, pela primeira vez uma detecção segura e continua de falhas em um isolamento de enrolamento é, portanto, facilitada assim que elas surgem, se um enfraquecimento do isolamento, uma alteração na capacidade de isolamento, a resistência ou a indutância e etc. estão presentes. Como mencionado, o isolamento interturnos está particularmente critica aqui, e um circuito curto entre giros é considerado uma falha particularmente crítica, que especialmente em máquinas grandes requer uma resposta imediata para prevenir uma destruição completa dos enrolamentos e núcleos de laminação. Esse cenário de problema pode ser resolvido com a invenção e sem os esforços adicionais considerados previamente, como fiação especial da máquina e inversor, sem os sensores de corrente de alta precisão previamente solicitados, e, particularmente, sem as interrupções típicas da operação.[0022] However, for the first time a safe and continuous detection of failures in a winding insulation is therefore facilitated as soon as they arise, whether a weakening of the insulation, a change in the insulation capacity, the resistance or the inductance and etc. . are present. As mentioned, inter-night insulation is particularly critical here, and a short circuit between turns is considered to be a particularly critical failure, which especially on large machines requires an immediate response to prevent complete destruction of the windings and lamination cores. This problem scenario can be solved with the invention and without the additional efforts previously considered, such as special machine and inverter wiring, without the previously requested high-precision current sensors, and, particularly, without the typical interruptions of the operation.

[0023] Parâmetros característicos do processo transitório aplicado na tecnologia atual são, em particular, uma ultrapassagem ou a frequência natural da oscilação e, como alternativa à frequência natural ou suplementar a ela, a constante de amortecimento da oscilação transitória também pode ser usada. Com estes parâmetros característicos, uma falha incipiente no isolamento pode ser imediata e confiavelmente detectada.[0023] Parameters characteristic of the transitional process applied in current technology are, in particular, an overrun or the natural frequency of the oscillation and, as an alternative to the natural frequency or supplementary to it, the damping constant of the transient oscillation can also be used. With these characteristic parameters, an incipient failure in the insulation can be immediately and reliably detected.

[0024] Com relação a isso, para uma detecção confiável, provou-se ser uma vantagem considerável se os parâmetros característicos obtidos pela análise são comparados com parâmetros correspondentes que tenham sido obtidos em um processo de medição prévio com uma máquina de funcionamento adequado. Tal comparação pode ser executada facilmente e, portanto, produz uma indicação direta das respostas de sistema alteradas, se os parâmetros comparados forem diferentes.[0024] In this regard, for a reliable detection, it has proved to be a considerable advantage if the characteristic parameters obtained by the analysis are compared with corresponding parameters that have been obtained in a previous measurement process with a properly functioning machine. Such a comparison can be performed easily and therefore produces a direct indication of the altered system responses, if the compared parameters are different.

[0025] Para uma simples detecção online, além de, ou ao invés de, também é favorável se os parâmetros obtidos forem comparados com valores limite predefinidos que, se excedidos, resultariam em uma condição de falha sendo decidida. Os valores limites predefinidos para cada máquina individual podem ser determinados antecipadamente com base em cálculos simples ou testes, com uma condição de falha ou uma falha incipiente sendo decidida apenas quando estes limites são excedidos; isso significa que desvios nos parâmetros característicos que ficam dentro dos limites de tolerância serão eliminados como indicadores falsos por desenvolverem falhas. Por exemplo, alterações nos parâmetros característicos causadas por aquecimento induzido operacionalmente também podem ser levadas em consideração.[0025] For a simple online detection, in addition to, or instead of, it is also favorable if the obtained parameters are compared with predefined limit values that, if exceeded, would result in a fault condition being decided. The predefined limit values for each individual machine can be determined in advance based on simple calculations or tests, with a fault condition or an incipient failure being decided only when these limits are exceeded; this means that deviations in the characteristic parameters that fall within the tolerance limits will be eliminated as false indicators for developing flaws. For example, changes in characteristic parameters caused by operationally induced heating can also be taken into account.

[0026] A frequência natural (característica) pode ser obtida bastante facilmente por determinar o intervalo de tempo entre valores sucessivos extremos do sinal a ser medido. De maneira similar, a ultrapassagem pode ser facilmente determinada como a diferença entre o valor no estado estável e o (primeiro) valor extremo no sinal (superamostragem).[0026] The natural frequency (characteristic) can be obtained quite easily by determining the time interval between successive extreme values of the signal to be measured. Similarly, overshoot can easily be determined as the difference between the value in the steady state and the (first) extreme value in the signal (oversampling).

[0027] Com a técnica atual, falhas já existentes, isto é, não surgidas recentemente, falhas de isolamento também podem ser detectadas, onde é vantajoso se para a detecção de falhas reais de isolamento, o estado estacionário (estável) do sinal é usado como um parâmetro característico. Também é vantajoso para uma simples detecção de erro se, no caso de detecção do derivado de tempo da corrente induzida, o valor do sinal na condição de estado estável é determinado como o último valor medido quando uma tensão constante é aplicada. Por outro lado, também é vantajoso para este propósito se no caso de detecção direta da corrente induzida, o valor do sinal na condição de estado estável for determinado através de duas amostras distintas e a inclinação definida por estas no sinal.[0027] With the current technique, existing faults, that is, not recently appeared, insulation faults can also be detected, where it is advantageous if for the detection of real insulation faults, the stationary (stable) state of the signal is used as a characteristic parameter. It is also advantageous for simple error detection if, in the case of detecting the time derivative of the induced current, the signal value in the steady state condition is determined as the last measured value when a constant voltage is applied. On the other hand, it is also advantageous for this purpose if in the case of direct detection of the induced current, the value of the signal in the steady state condition is determined by means of two different samples and the slope defined by them in the signal.

[0028] Uma modalidade vantajosa do método presente é então caracterizada pelo fato de que uma pluralidade de processos de medição é realizada com a aplicação de uma tensão de passos e uma avaliação estatística dos resultados obtidos é executada. Isso permite mais informações características em relação à detecção de falhas (incipientes) a serem obtidas, enquanto ao mesmo tempo também melhorando a confiabilidade da detecção.[0028] An advantageous modality of the present method is then characterized by the fact that a plurality of measurement processes is performed with the application of a step tension and a statistical evaluation of the results obtained is performed. This allows for more characteristic information regarding the detection of flaws (incipients) to be obtained, while at the same time also improving the reliability of the detection.

[0029] Em relação ao dispositivo atual, isto é caracterizado similarmente pela identificação simples de uma maneira particular por ao menos uma unidade comparadora, que é usada para comparar os parâmetros característicos obtidos com os parâmetros armazenados correspondentes da máquina ao funcionar adequadamente, e/ou com um limite predefinido. Uma unidade de avaliação está vantajosamente conectada à unidade comparadora, para detectar ou identificar deteriorações de um isolamento e, se adequado, falhas de isolamento.[0029] In relation to the current device, this is similarly characterized by simple identification in a particular way by at least one comparator unit, which is used to compare the characteristic parameters obtained with the corresponding stored parameters of the machine when operating properly, and / or with a predefined limit. An evaluation unit is advantageously connected to the comparator unit, to detect or identify deterioration of an insulation and, if appropriate, insulation failures.

[0030] Para fornecer delimitação temporal faça testes online executados nos processos essenciais envolvidos ao ativar os fenômenos transitórios, um circuito janela é vantajosamente fornecido entre o dispositivo de superamostragem e a unidade computacional (real), onde o circuito de janela tem uma entrada de controle conectada a uma unidade de controle controlando o inversor e especifica uma janela de observação predefinida começando com um sinal de controle a partir da unidade de controle, no qual as amostras são fornecidas para uma etapa de processamento posterior.[0030] To provide temporal delimitation, perform online tests performed on the essential processes involved when activating the transient phenomena, a window circuit is advantageously provided between the super-sampling device and the (real) computational unit, where the window circuit has a control input connected to a control unit controlling the drive and specifies a predefined observation window starting with a control signal from the control unit, in which samples are provided for a further processing step.

[0031] Como já foi indicado, no caso atual, a unidade computacional pode ser implementada com componentes simples, de baixo custo, em que uma modalidade com um componente FPGA (arranjo de portas programáveis em campo ) é particularmente vantajosa. Onde necessário, um processador de sinal digital (DSP) pode alternativamente ou adicionalmente ser fornecido para executar ao menos uma parte dos cálculos.[0031] As already indicated, in the current case, the computational unit can be implemented with simple, low-cost components, in which a modality with an FPGA component (field programmable door arrangement) is particularly advantageous. Where necessary, a digital signal processor (DSP) can alternatively or additionally be provided to perform at least part of the calculations.

[0032] A invenção é ainda mais detalhada posteriormente, baseada em modalidades exemplares particularmente preferidas, pelas quais não se pretende limitá-la, e com referência aos desenhos. Estas mostram:[0032] The invention is even more detailed later, based on particularly preferred exemplary modalities, by which it is not intended to be limited, and with reference to the drawings. These show:

[0033] Fig. 1 um esquema de uma modalidade do dispositivo de acordo com a invenção na forma do diagrama de bloco;[0033] Fig. 1 is a diagram of an embodiment of the device according to the invention in the form of the block diagram;

[0034] Fig. 1A uma parte de um circuito detector ou unidade computacional de tal dispositivo em uma modalidade mais concreta, modificada de alguma forma;[0034] Fig. 1A a part of a detector circuit or computational unit of such a device in a more concrete modality, modified in some way;

[0035] Fig. 2 uma visão esquemática de um sinal de medição, tal como é obtida com um sensor Rogowski (sensor CDI), e que mostra o derivado de tempo da corrente induzida, di/dt, em unidades arbitrárias ("a.u.");[0035] Fig. 2 a schematic view of a measurement signal, as obtained with a Rogowski sensor (CDI sensor), and showing the time derivative of the induced current, di / dt, in arbitrary units ("au" );

[0036] Fig. 2A um trecho do sinal di/dt da Fig. 2 em uma escala de tempo expandido, para ilustrar os pontos de amostragem de alta frequência para este sinal em uma proporção prática da alta frequência de superamostragem relativa à frequência do processo transitório;[0036] Fig. 2A an excerpt of the di / dt signal of Fig. 2 on an expanded time scale, to illustrate the high frequency sampling points for this signal in a practical proportion of the high oversampling frequency relative to the process frequency transitional;

[0037] Fig. 3 um sinal similar à Fig. 2, isto é, um derivado de tempo da corrente induzida, com parâmetros característicos desenhados em, nomeadamente ΔT como o recíproco da frequência natural de oscilação, uma ultrapassagem Δh e um valor de estado estável Y∞;[0037] Fig. 3 a signal similar to Fig. 2, that is, a time derivative of the induced current, with characteristic parameters drawn in, namely ΔT as the reciprocal of the natural oscillation frequency, an Δh overrun and a state value stable Y∞;

[0038] Fig. 4 esquematicamente um sinal de medição comparável com o tempo, conforme é obtido com um simples sensor de corrente, onde Δh e ΔT também são ilustrados;[0038] Fig. 4 schematically a measurement signal comparable with time, as obtained with a simple current sensor, where Δh and ΔT are also illustrated;

[0039] Fig. 5 esquematicamente a disposição dos 3 enrolamentos de uma máquina de indução elétrica, com duas capacitâncias de distúrbio (capacitâncias de falha) CF, CF' entre o primeiro ponto de toque de um enrolamento fase e terra, e um ponto neutro dos enrolamentos trifásicos U, V, W e terra;[0039] Fig. 5 schematically the arrangement of the 3 windings of an electric induction machine, with two disturbance capacitances (fault capacitances) CF, CF 'between the first touch point of a phase and ground winding, and a neutral point three-phase windings U, V, W and earth;

[0040] Fig. 6 Uma resposta derivada de correte obtida em tal disposição de teste com uma capacitância de falha CF entre o primeiro ponto de toque e terra, onde em ambos uma curva de referência e a curva do sinal de medição resultando da presença da capacitância de falha são mostradas, esta ilustração correspondendo da alternância da máquina do estado inativo para o estado ativo;[0040] Fig. 6 A response derived from a correction obtained in such a test arrangement with a CF fault capacitance between the first touch point and ground, where in both a reference curve and the measurement signal curve resulting from the presence of the fault capacitance are shown, this illustration corresponding to the switching of the machine from the idle state to the active state;

[0041] Fig. 7 um sinal di/dt similar correspondente à Fig. 6, primeiro como uma referência e segundo como um sinal de medição de "falha", na presença de uma capacitância de falha CF, mas este tempo durante uma alternância por meio do inversor de um estado ativo com um valor positivo para outro estado ativo, com valor negativo;[0041] Fig. 7 a similar di / dt signal corresponding to Fig. 6, first as a reference and second as a "fault" measurement signal, in the presence of a CF fault capacitance, but this time during an alternation by inverter means from an active state with a positive value to another active state with a negative value;

[0042] Fig. 8 um diagrama similar à Fig. 6, onde agora, além de um sinal de referência, sinais de medição são ambos mostrados na presença da capacitância de falha CF, e na presença da capacitância de falha CF'; e[0042] Fig. 8 a diagram similar to Fig. 6, where now, in addition to a reference signal, measurement signals are both shown in the presence of the CF fault capacitance, and in the presence of the CF 'fault capacitance; and

[0043] Fig. 9A e 9B diagramas esquemáticos ilustrando sinal estatístico de parâmetros característicos de processos transitórios de circuito medido, nomeadamente ultrapassagem (Fig. 9A) e frequência natural (Fig. 9B), onde em cada caso três curvas são ilustradas: uma referência, a curva para uma capacitância de falha CF' - linha tracejada - e adicionalmente que para uma capacitância de falha CF, - linha pontilhada, e onde uma análise estatística de 240 medições é fornecida.[0043] Fig. 9A and 9B schematic diagrams illustrating statistical signal of characteristic parameters of transient measured circuit processes, namely overrun (Fig. 9A) and natural frequency (Fig. 9B), where in each case three curves are illustrated: a reference , the curve for a CF 'fault capacitance - dashed line - and in addition to that for a CF fault capacitance - dotted line, and where a statistical analysis of 240 measurements is provided.

[0044] A Fig. 1 mostra um esquema de uma modalidade preferida, particularmente adequada para executar o método presente, de um dispositivo de acordo com a invenção para a detecção online de deterioração em estados de isolamentos em uma máquina elétrica.[0044] Fig. 1 shows a scheme of a preferred modality, particularly suitable for carrying out the present method, of a device according to the invention for the online detection of deterioration in isolation states in an electrical machine.

[0045] O dispositivo 1 mostrado na Fig. 1 é usado para o monitoramento online de uma máquina elétrica 2 (máquina de indução), que pode ser monofásico ou multifásico, onde na Fig. 1, por exemplo, três fases são assumidas, mesmo se esquematicamente na Fig. 1 apenas um único enrolamento 3 é mostrado para a máquina 2. Esta máquina 2 tem um circuito de abastecimento ou circuito de alimentação 4 atribuído a ele, com três linhas de abastecimento de corrente 4A, 4B e 4C, correspondendo às três fases; este circuito de abastecimento 4 também contém um inverso 4' que fornece os sinais de tensão correspondente para a máquina 2; além disso, uma capacitância de terminal DC 5 associada com o inversor 4' é ilustrada.[0045] Device 1 shown in Fig. 1 is used for online monitoring of an electric machine 2 (induction machine), which can be single-phase or multiphase, where in Fig. 1, for example, three phases are assumed, even schematically in Fig. 1 only a single winding 3 is shown for machine 2. This machine 2 has a supply circuit or supply circuit 4 assigned to it, with three current supply lines 4A, 4B and 4C, corresponding to the three phases; this supply circuit 4 also contains an inverse 4 'which provides the corresponding voltage signals to the machine 2; in addition, a DC 5 terminal capacitance associated with the inverter 4 'is illustrated.

[0046] Nos condutores de fase individuais 4A, 4B, 4C, sensores correspondentes 6, 7, 8 são dispostos, que no caso presente, para a técnica atual, serve para detectar a corrente i ou o derivado de tempo da corrente, di/dt, nas fases individuais 4A, 4B, 4C. Os sensores derivativos de corrente podem ser, por exemplo, sensores Rogowski, assim conhecidos, também conhecidos como sensores CDI. Sensores de corrente por outro lado também são conhecidos e não precisam de maiores explicações aqui também.[0046] In individual phase conductors 4A, 4B, 4C, corresponding sensors 6, 7, 8 are arranged, which in the present case, for the current technique, serves to detect the current i or the time derivative of the current, di / dt, in individual phases 4A, 4B, 4C. Current derivative sensors can be, for example, Rogowski sensors, so known, also known as CDI sensors. Current sensors on the other hand are also known and need no further explanation here as well.

[0047] Os sinais de saída dos sensores 6, 7, 8 são alimentados como sinais de medição para um dispositivo de superamostragem 12, que é implementado com conversores A/D (ADCs) 9, 10, 11, um para cada fase 4A, 4B, 4C. A taxa de amostragem é alta o suficiente para assegurar uma determinação precisa dos sinais de medição durante a resposta transitória, durante as transições de alternância. Como mencionado acima, a frequência de amostragem usada por ser vários 1O’s de MHz, 40MHz, por exemplo, mas para algumas aplicações, apenas uns poucos MHz, de até 10MHz, por exemplo, podem ser adequados.[0047] The output signals from sensors 6, 7, 8 are fed as measurement signals to an oversampling device 12, which is implemented with A / D converters (ADCs) 9, 10, 11, one for each phase 4A, 4B, 4C. The sampling rate is high enough to ensure an accurate determination of the measurement signals during the transient response, during switching transitions. As mentioned above, the sampling frequency used for being several 10O's of MHz, 40MHz, for example, but for some applications, only a few MHz, up to 10MHz, for example, may be adequate.

[0048] Os sinais de saída dos ADCs 9, 10, 11 são então alimentados para circuitos de janela 13, 14, 15, que são parte de uma unidade de processamento 16 e especificam janelas de observação, isto é, intervalos de tempo para os sinais de medição a ser analisados após terem sido amostrados. Para este propósito, os circuitos de janela 13, 14, 15 são conectados a uma unidade de controle 17 para o inversor 4', onde este unidade de controle 17 é, por exemplo, uma modulação de comprimento de pulso (PWM) unidade de controle e saídas correspondentes a comandos de alternância para o inversor 4', de uma maneira conhecida per se. Baseado nestas alternâncias ou sinais de controle, a janela de observação respectiva, isto é, o período de observação relevante, é então fixado nos circuitos de janela 13, 14, 15, e ao atingir o fim da respectiva janela de avaliação, isto é, a alimentação, das amostras dos ADCs 9,10 e 11 para os componentes de computador reais 18, 19, 20, são encerradas.[0048] The output signals from ADCs 9, 10, 11 are then fed to window circuits 13, 14, 15, which are part of a processing unit 16 and specify observation windows, that is, time intervals for the measurement signals to be analyzed after they have been sampled. For this purpose, the window circuits 13, 14, 15 are connected to a control unit 17 for the inverter 4 ', where this control unit 17 is, for example, a pulse length modulation (PWM) control unit and outputs corresponding to toggle commands for the inverter 4 ', in a manner known per se. Based on these alternations or control signals, the respective observation window, that is, the relevant observation period, is then fixed in window circuits 13, 14, 15, and when reaching the end of the respective evaluation window, that is, the power, from the samples of the ADCs 9,10 and 11 to the real computer components 18, 19, 20, are shut down.

[0049] São componentes de computador 18,19, 20, isto é, em geral, na unidade computacional real 16, onde parâmetros característicos relacionando-se aos processos transitórios dos sinais, isto é, especificamente aqui os sinais de corrente ou sinais indicando o derivado de tempo di/dt da corrente, são calculados, como, em particular, ultrapassagem e frequência natural ou constante de amortecimento. Além do mais, o valor do sinal em estacionários, isto é, na condição de estado estável, também pode ser determinada aqui.[0049] They are computer components 18,19, 20, that is, in general, in the real computational unit 16, where characteristic parameters relating to the transient processes of the signals, that is, specifically here the current signals or signals indicating the derived from the current di / dt time, are calculated, in particular, overrun and natural or constant damping frequency. Furthermore, the value of the signal in stationary, that is, in the steady state condition, can also be determined here.

[0050] Os valores característicos obtidos são então alimentados para uma unidade comparadora 21, onde uma comparação com parâmetros característicos correspondentes é executada, os últimos parâmetros tendo sido obtidos previamente em uma operação de medição em uma máquina funcionando corretamente 2.[0050] The characteristic values obtained are then fed to a comparator unit 21, where a comparison with corresponding characteristic parameters is performed, the last parameters having been obtained previously in a measurement operation on a correctly functioning machine 2.

[0051] A seguir, em outra unidade comparadora 22 os parâmetros característicos identificados são comparados com limites predefinidos, que podem ser fornecidos, por exemplo, através de um controlador de máquina 23 ou armazenado antecipadamente em uma memória (não mostrada). O controlador da máquina 23 também pode ser conectado a primeira unidade comparadora mencionada 21.[0051] Next, in another comparator unit 22 the identified characteristic parameters are compared with predefined limits, which can be provided, for example, through a machine controller 23 or stored in advance in a memory (not shown). The machine controller 23 can also be connected to the first mentioned comparator unit 21.

[0052] Após as comparações terem sido executadas, em uma unidade de avaliação 24 a análise final dos sinais é feita, isto é, a detecção de uma falha (incipiente) e sua identificação, em particular usando os resultados de comparação precedentes.[0052] After the comparisons have been performed, in an evaluation unit 24 the final analysis of the signals is made, that is, the detection of a failure (incipient) and its identification, in particular using the previous comparison results.

[0053] Na primeira unidade comparadora 21, durante a comparação com os parâmetros da máquina 2 obtida no estado normal, alterações dependentes de ponto de operação ou assimetrias nas fases são eliminadas. Qualquer outro desvio do sinal fase do estado normal é armazenado, entretanto, e sujeito à comparação do limite na unidade comparadora 22. Se o parâmetro de sinal ali, isto é, o parâmetro característico, é acima do valor limite, uma mensagem correspondente é recebida em relação à detecção de falha e identificação na unidade de controle 24 e o resultado é alimentado, por exemplo, para o controlador da máquina 23 para iniciar medidas apropriadas, tais como operação de emergência ou abortar o sistema.[0053] In the first comparator unit 21, during the comparison with the parameters of machine 2 obtained in the normal state, changes depending on the operating point or asymmetries in the phases are eliminated. Any other deviation from the phase signal from the normal state is stored, however, and subject to comparison of the limit in comparator unit 22. If the signal parameter there, that is, the characteristic parameter, is above the limit value, a corresponding message is received in relation to failure detection and identification in the control unit 24 and the result is fed, for example, to the machine controller 23 to initiate appropriate measures, such as emergency operation or abort the system.

[0054] O controlador da máquina 23, além disso, é fornecido em 25 com um valor de referência para os processos a serem controlados.[0054] The machine controller 23, in addition, is provided in 25 with a reference value for the processes to be controlled.

[0055] A Fig. 1A mostra, em uma disposição simplificada, nomeadamente para uma fase única, uma corrente de unidades para a superamostragem e processamento de sinal, incluindo as comparações mencionadas acima e análise de sinal. Em particular, um conversor A/D é mostrado ali, tal como o ADC 9 (também 10, 11 conforme adequado), que é conectado através de uma memória de armazenamento 26 para um módulo lógico na forma de um arranjo de portas programáveis em campo (FPGA) 27. O propósito desta memória de armazenamento 26 é armazenar os dados de saída liberados pelo ADC 9 em uma alta taxa de dados, já que o módulo FPGA 27 geralmente não consegue trabalhar com uma grande quantidade de dados diretamente.[0055] Fig. 1A shows, in a simplified arrangement, namely for a single phase, a stream of units for oversampling and signal processing, including the above mentioned comparisons and signal analysis. In particular, an A / D converter is shown there, as is the ADC 9 (also 10, 11 as appropriate), which is connected via storage memory 26 to a logic module in the form of a field programmable port arrangement. (FPGA) 27. The purpose of this storage memory 26 is to store the output data released by the ADC 9 at a high data rate, as the FPGA 27 module generally cannot handle a large amount of data directly.

[0056] Como também ilustrado na Fig. 1A com linhas tracejadas, um processador de sinal digital (DSP) 28 também pode ser conectado para vários cálculos e avaliações, já que estes não podem ser executados pelo próprio módulo lógico FPGA 27.[0056] As also illustrated in Fig. 1A with dashed lines, a digital signal processor (DSP) 28 can also be connected for various calculations and evaluations, since these cannot be performed by the logic module FPGA 27 itself.

[0057] Como mencionado, aplicando operações de alternância do inversor diferentes e medindo a resposta do sistema a estes passos, alterações de tensão em etapas, ao amostrar em uma alta taxa de amostragem com uma frequência de vários MHz, alterações são detectadas nos parâmetros característicos da corrente de alta frequência transitória.[0057] As mentioned, applying different inverter switching operations and measuring the system response to these steps, voltage changes in steps, when sampling at a high sampling rate with a frequency of several MHz, changes are detected in the characteristic parameters transient high frequency current.

[0058] A Fig. 2 mostra um exemplo de um sinal de medição obtido por meio de um sensor Rogowski 30 para di/dt, com unidades de amplitude arbitrárias (a.u.). Como pode ser visto aqui o sistema é acionado do estado inativo (valor inicial 0) por um pulso de tensão positivo desde o inversor 4' (veja a Fig. 1), e uma corrente i induzida no respectivo enrolamento, por exemplo, o enrolamento 3 de acordo com a Fig. 1, ou o derivado de tempo deste di/dt, então mostra um efeito transitório de curto prazo, após o qual um estado estável, condição estacionária, é atingida, por exemplo, em um valor logo abaixo de 1 de acordo com a Fig. 2.[0058] Fig. 2 shows an example of a measurement signal obtained by means of a Rogowski 30 sensor for di / dt, with arbitrary amplitude units (a.u.). As can be seen here, the system is activated from the inactive state (initial value 0) by a positive voltage pulse from the inverter 4 '(see Fig. 1), and a current i induced in the respective winding, for example, the winding 3 according to Fig. 1, or the time derivative of this di / dt, then shows a short-term transitory effect, after which a steady state, steady state, is achieved, for example, at a value just below 1 according to Fig. 2.

[0059] O sinal de medição 30 de acordo com a Fig. 2 foi obtido, como mencionado acima, por meio de um sensor Rogowski como o sensor 6 (ou 7 ou 8), usando superamostragem neste caso, por exemplo, uma taxa de amostragem de 40 MHz.[0059] The measurement signal 30 according to Fig. 2 was obtained, as mentioned above, by means of a Rogowski sensor like sensor 6 (or 7 or 8), using super-sampling in this case, for example, a rate of 40 MHz sampling.

[0060] Esta superamostragem é ilustrada esquematicamente na Fig. 2A, onde especificamente na Fig. 2A a primeira, ultrapassagem positiva 31 é ilustrada em uma escala de tempo expandida (comparado com a Fig. 2) e onde os pontos de amostragem individuais são ilustrados por pontos 31'. Como pode ser visto, a taxa de amostragem ou frequência é substancialmente maior do que a frequência do processo transitório, tal como é definida essencialmente pela ultrapassagem positiva 31 e a ultrapassagem negativa 32 ilustrada na Fig. 2. A frequência natural definida por estas ultrapassagens 31, 32 pode aparecer, por exemplo, na ordem de magnitude 200kHz, onde conforme mencionado, a frequência de amostragem - nos testes executados - era de 40 MHz.[0060] This oversampling is illustrated schematically in Fig. 2A, where specifically in Fig. 2A the first, positive override 31 is illustrated on an expanded time scale (compared to Fig. 2) and where the individual sampling points are illustrated by points 31 '. As can be seen, the sampling rate or frequency is substantially higher than the frequency of the transient process, as it is essentially defined by the positive override 31 and the negative override 32 illustrated in Fig. 2. The natural frequency defined by these overrides 31 , 32 can appear, for example, in the order of magnitude 200kHz, where as mentioned, the sampling frequency - in the tests performed - was 40 MHz.

[0061] A medição pode ser executada quando a máquina 2 é parada, assim como durante a inicialização da máquina, mas ela também podem ser executada durante a operação da máquina, se no curso do controle PWM da máquina 2, quando cada pulso de tensão individual aplicado, curtos individuais transitórios 31,32 para a corrente i do enrolamento ou seu derivado temporal di/dt são produzidos.[0061] Measurement can be performed when machine 2 is stopped, as well as during machine startup, but it can also be performed during machine operation, if in the course of machine 2 PWM control, when each voltage pulse individual applied, transient individual shorts 31,32 for the current i of the winding or its time derivative di / dt are produced.

[0062] Na Fig. 3 um sinal de medição correspondente 30 para di/dt sobre o tempo t é mostrado, onde a partir de qualquer valor inicial, por exemplo, um valor de 0, a máquina é alternada aplicando uma tensão de passos positiva, e onde uma ultrapassagem é produzida que vai além da condição de estado estável y∞ que deve ser atingida. A primeira ultrapassagem (ultrapassagem 31) é designada como Δh.[0062] In Fig. 3 a corresponding measurement signal 30 for di / dt over time t is shown, where from any initial value, for example, a value of 0, the machine is alternated applying a positive step voltage , and where an overshoot is produced that goes beyond the steady state condition y∞ that must be achieved. The first overtaking (overtaking 31) is designated as Δh.

[0063] Após uma ultrapassagem para uma faixa negativa (ultrapassagem 32) uma pequena ultrapassagem ocorre novamente na faixa positiva, em 33, resultando em um período ΔT como o valor inverso da frequência natural. No exemplo mostrado, ΔT é aproximadamente 3.5 ps, o que indica a frequência natural de 286 kHz.[0063] After overtaking to a negative range (overtaking 32) a small overtaking occurs again in the positive range, at 33, resulting in a period ΔT as the inverse value of the natural frequency. In the example shown, ΔT is approximately 3.5 ps, which indicates the natural frequency of 286 kHz.

[0064] Esta frequência natural pode, portanto, ser detectada de uma maneira simples a partir do sinal em forma de onda di/dt mostrado na Fig. 3 sobre o tempo t, obtido usando um sensor Rogowski e após amostragem (veja a Fig. 2A), isto é, determinado em componentes computacionais 18, 19, 20.[0064] This natural frequency can therefore be detected in a simple way from the di / dt waveform signal shown in Fig. 3 over time t, obtained using a Rogowski sensor and after sampling (see Fig. 2A), that is, determined in computational components 18, 19, 20.

[0065] O mesmo é verdade para a ultrapassagem Δh como um valor entre a primeira amplitude durante a oscilação transitória sobre a condição (final) de estado estável y∞.[0065] The same is true for overtaking Δh as a value between the first amplitude during the transient oscillation over the steady-state (final) condition y∞.

[0066] Finalmente, a condição de estado estável y∞, isto é, o valor de estado estável y∞ que é finalmente obtido, também pode ser medido, além do fato de que este valor, para uma máquina intacta 2, é conhecido a partir do início para a tensão de passos aplicada respectiva, ou ainda, se apenas um tempo de medição curto for assumido, pode ser obtida pela média do sinal de medição.[0066] Finally, the steady state condition y∞, that is, the steady state value y∞ that is finally obtained, can also be measured, in addition to the fact that this value, for an intact machine 2, is known to from the start for the respective applied step voltage, or even if only a short measurement time is assumed, it can be obtained by averaging the measurement signal.

[0067] Antes de entrar em detalhes dos processos de análise individual, será feita referência à Fig. 4 como um exemplo alternativo do sinal de medição 30', no qual a corrente i - real, que foi detectada pelo sensor 6, 7, 8, é mostrado sobre o período de tempo t. O período ΔT, como o inverso da frequência natural para o processo transitório, e a ultrapassagem Δh são também ilustrados. Aqui, também, a amplitude é novamente fornecida em unidades arbitrárias ("a. u."). Na Fig. 4 ao longo do sinal de medição 30', uma linha reta média é mostrada com linha tracejada 34, e um gradiente positivo, o derivado de tempo o qual ilustra a condição de estado estável.[0067] Before going into details of the individual analysis processes, reference will be made to Fig. 4 as an alternative example of the measurement signal 30 ', in which the i - real current, which was detected by the sensor 6, 7, 8 , is shown over time period t. The period ΔT, as the inverse of the natural frequency for the transient process, and the overtaking Δh are also illustrated. Here, too, the amplitude is again given in arbitrary units ("a. U."). In Fig. 4 along the measurement signal 30 ', an average straight line is shown with dashed line 34, and a positive gradient, the time derivative which illustrates the steady state condition.

[0068] A seguir, antes que uma referência seja feita para resultados de teste específicos com referência às Figuras 5 ff., o cálculo de parâmetros característicos, tais como frequência natural, ultrapassagem e condição de estado estável, serão brevemente discutidos.[0068] Next, before a reference is made to specific test results with reference to Figures 5 ff., The calculation of characteristic parameters, such as natural frequency, overrun and steady-state condition, will be briefly discussed.

[0069] A frequência natural (1/ΔT) da resposta do sistema transitório, tal como é fornecida no sinal de corrente i(t) ou no sinal da corrente derivada no tempo, di/dt, pode ser calculada pela aplicação de algoritmos conhecidos diferentes. Uma maneira simples e muito efetiva, em particular com relação ao cálculo em tempo real, é a determinação de valores extremos do processo transitório, que podem ser identificados no sinal de medição 30 ou 30'. Este pode, como mencionado acima, ser executado de uma maneira conhecida per se, por exemplo, com algoritmos robustos e rápidos, e levar a um cálculo direto da frequência natural.[0069] The natural frequency (1 / ΔT) of the transient system response, as provided in the current signal i (t) or in the time-derived current signal, di / dt, can be calculated by applying known algorithms many different. A simple and very effective way, in particular with regard to real-time calculation, is the determination of extreme values of the transient process, which can be identified in the measurement signal 30 or 30 '. This can, as mentioned above, be performed in a manner known per se, for example, with robust and fast algorithms, and lead to a direct calculation of the natural frequency.

[0070] Outro método de cálculo um pouco mais preciso e mais elegante é possível para cálculo de frequências inerentes pela aplicação da Transformada Rápida de Fourier (FFT - Fast Fourier Transformation).[0070] Another slightly more precise and more elegant calculation method is possible for calculating inherent frequencies by applying the Fast Fourier Transformation (FFT - Fast Fourier Transformation).

[0071] Uma seleção precisa dos parâmetros para a função da janela respectiva é também importante aqui; a janela de observação é vantajosamente especificada até o valor de condição de estado estável, mas ela também pode ser mais curta, tal que haja menos dados para processar. Por exemplo, a janela pode ser selecionada para ser um pouco maior do que ΔT.[0071] An accurate selection of the parameters for the respective window function is also important here; the observation window is advantageously specified up to the steady-state condition value, but it can also be shorter, such that there is less data to process. For example, the window can be selected to be slightly larger than ΔT.

[0072] Na Fig. 3 e a Fig. 4, como mencionado acima, o inverso da frequência natural (f0) é indicado como ΔT para ambos os sensores (sensor CDI na Fig. 3 e sensor de corrente de valor absoluto na Fig. 4).[0072] In Fig. 3 and Fig. 4, as mentioned above, the inverse of the natural frequency (f0) is indicated as ΔT for both sensors (CDI sensor in Fig. 3 and absolute value current sensor in Fig. 4).

[0073] Os mesmos métodos como são aplicados para o cálculo da frequência natural f0 = 1/ΔT por determinar os valores extremos da forma da onda transitória da corrente, ou o derivado de tempo di/dt da corrente, usando algoritmos rápidos, simples podem ser usados para calcular a ultrapassagem de valores do sinal. Se a sinal em forma de onda da Fig. 3 (derivado de tempo da corrente, di/dt) for considerado, então a diferença entre o primeiro valor extremo e uma condição de estado estável representa a primeira ultrapassagem 31. Na Fig. 3, o valor para a primeira ultrapassagem positiva é rotulada com Δh (no caso onde sensores CDI são usados). Se sensores padrão forem usados, que meçam o valor de corrente absoluto sobre o tempo, veja a Fig. 4, então fica claro que a decadência das formas de onda do sinal transitório segue uma trajetória reta virtualmente. Portanto, nenhuma condição de sinal de estado estável é atingida durante a aplicação de passos de tensão no período de tempo relevante de poucos microssegundos aqui considerado. Durante uma alternância ativa, uma corrente aumenta continuamente neste período, nesta janela de tempo, veja sinal 34, e apenas o derivado de tempo da corrente atinge um valor de estado estável. O valor máximo durante o processo alternado transitório no sinal de corrente relativo ao último valor de corrente antes da alteração de estado de alternância pode ser considerado como a primeira ultrapassagem positiva Δh (a Fig. 4).[0073] The same methods as are applied for the calculation of the natural frequency f0 = 1 / ΔT by determining the extreme values of the current transient waveform, or the time derivative di / dt of the current, using fast, simple algorithms be used to calculate the exceedance of signal values. If the waveform signal of Fig. 3 (derived from current time, di / dt) is considered, then the difference between the first extreme value and a steady state condition represents the first override 31. In Fig. 3, the value for the first positive overshoot is labeled with Δh (in the case where CDI sensors are used). If standard sensors are used, which measure the absolute current value over time, see Fig. 4, then it is clear that the decay of the transient signal waveforms follows a straight path virtually. Therefore, no steady state signal condition is achieved when applying voltage steps in the relevant time period of a few microseconds considered here. During an active alternation, a current increases continuously in this period, in this time window, see signal 34, and only the time derivative of the current reaches a steady state value. The maximum value during the transient alternating process in the current signal relative to the last current value before the change in the alternating state can be considered as the first positive overrun Δh (Fig. 4).

[0074] Se o passo de tensão for aplicado por tempo suficiente, longo suficiente nomeadamente para a condição de estado estável do derivado de tempo da corrente a ser atingida, o valor y∞ da condição de estado estável do sinal pode, claro, ser facilmente determinada. No caso de sensores para o derivado temporal da corrente (sensor Rogowskis), o valor de condição de estado estável é o valor final medido quando o nível de tensão constante é aplicado. Este também pode ser implementado diretamente, sem conversores A/D de alta frequência, e a precisão do sinal pode ser aumentada se o valor de condição de estado estável for detectado pela média sobre tais leituras finais múltiplas.[0074] If the voltage step is applied long enough, long enough in particular for the steady state condition of the time derivative of the current to be reached, the y∞ value of the steady state condition of the signal can, of course, be easily determined. In the case of sensors for the time derivative of the current (Rogowskis sensor), the steady state condition value is the final value measured when the constant voltage level is applied. This can also be implemented directly, without high frequency A / D converters, and the signal accuracy can be increased if the steady state condition value is detected by averaging over such multiple final readings.

[0075] Se sensores que meçam diretamente a corrente forem usados, o valor de interesse é a condição de estado estável da inclinação da curva da corrente, veja seção da curva 34 na Fig. 4. Aqui, o cálculo pode proceder tal que ao menos dois valores de corrente são tomados, com a diferença de tempo entre os dois valores sendo grande o suficiente para permitir uma determinação precisa do derivado de tempo da corrente, isto é, a inclinação da linha reta 34 na Fig. 4.[0075] If sensors that directly measure the current are used, the value of interest is the steady state condition of the current curve slope, see section of curve 34 in Fig. 4. Here, the calculation can proceed such that at least two current values are taken, with the time difference between the two values being large enough to allow an accurate determination of the time derivative of the current, that is, the slope of the straight line 34 in Fig. 4.

[0076] Outra vantagem de superamostragem de conversores A/D 9, 10, 11 é a possibilidade de aplicar técnicas de média, permitindo, portanto, a precisão da detecção a ser aumentada.[0076] Another advantage of oversampling A / D converters 9, 10, 11 is the possibility of applying averaging techniques, thus allowing the accuracy of detection to be increased.

[0077] No caso de deterioração do isolamento, o valor na condição de estado estável não irá se alterar em comparação ao da máquina intacta. Entretanto, assim que um curto-circuito ocorrer, isto é, um curto- circuito de turno a turno, as medições mostram que o valor de condição de estado estável se altera substancialmente, mesmo se apenas um turno em uma única fase ocorrer curto.[0077] In case of deterioration of the insulation, the value in the steady state condition will not change compared to that of the intact machine. However, as soon as a short circuit occurs, that is, a shift from shift to shift, the measurements show that the steady state condition value changes substantially, even if only one shift in a single phase occurs short.

[0078] Portanto, o cálculo do valor y°° de condição de estado estável é particularmente adequado para calcular uma falha já existente no isolamento.[0078] Therefore, the calculation of the steady-state condition y °° is particularly suitable for calculating an existing fault in the insulation.

[0079] Testes práticos foram executados em uma máquina de indução de rotor em forma de gaiola 5.5 KW, onde pontos de toque de turnos diferentes dos três turnos da máquina estavam acessíveis. Conectando tais pontos de toque a um terminal correspondente da máquina, é possível dar curto-circuito um número de turnos variáveis, para simular uma falha de isolamento interturnos no estator que não é suficiente para destruí-lo. Agora, se ao invés da conexão direta, uma capacitância adicional, uma capacitância de falha CF, for inserida entre terminais correspondentes, um isolamento degradado de turno a turno é simulado. Tal abordagem é mostrada esquematicamente na Fig. 5, onde três enrolamentos 35, 36, 37 são mostrados, correspondendo às fases U, V, W. Em linhas tracejadas, ambas as capacitâncias entre as fases individuais, Cph-ph, e as capacitâncias entre as fases individual e terra, Cph-gnd são mostradas. Além disso, uma capacitância Ct-t é mostrada esquematicamente com a linha pontilhada, como uma capacitância normal entre dois turnos sucessivos.[0079] Practical tests were performed on a 5.5 KW cage-shaped rotor induction machine, where touch points from shifts other than the three shifts of the machine were accessible. By connecting such touch points to a corresponding terminal on the machine, it is possible to short-circuit a number of variable shifts, to simulate an interstate insulation failure in the stator that is not sufficient to destroy it. Now, if instead of the direct connection, an additional capacitance, a CF fault capacitance, is inserted between corresponding terminals, a degraded insulation from shift to shift is simulated. Such an approach is shown schematically in Fig. 5, where three windings 35, 36, 37 are shown, corresponding to phases U, V, W. In dashed lines, both capacitances between the individual phases, Cph-ph, and the capacitances between the individual and ground phases, Cph-gnd are shown. In addition, a Ct-t capacitance is shown schematically with the dotted line, as a normal capacitance between two successive shifts.

[0080] Além disso, as capacitâncias de falhas CF, CF' são agora mostradas, primeiramente, a capacitância de falha CF entre o primeiro toque 38 do enrolamento 35 e a conexão de fase U, e, segundo, a capacitância de falha CF' entre o ponto neutro 39 e a conexão de fase U. A capacitância adicional CF, ou CF' paralela à capacitância de turno, por exemplo, ct-t, aumenta a (falha) de capacitância devido ao isolamento de turno. Um aumento correspondente na capacitância pode ser detectado no caso de deterioração das propriedades dielétricas do isolamento. Durante o teste para obter uma identificação mais detalhada das propriedades do sistema de isolamento da máquina de indução, as capacitâncias fase a fase Cph-ph foram definidas como 500 pF e a capacitância fase-terra Cph-gnd como 1 nF.[0080] In addition, the fault capacitances CF, CF 'are now shown, firstly, the CF fault capacitance between the first touch 38 of the winding 35 and the U phase connection, and, second, the CF fault capacitance' between neutral point 39 and the U-phase connection. The additional capacitance CF, or CF 'parallel to the shift capacitance, for example, ct-t, increases the capacitance (failure) due to shift isolation. A corresponding increase in capacitance can be detected in case of deterioration of the insulation's dielectric properties. During the test to obtain a more detailed identification of the insulation system properties of the induction machine, the phase-to-phase capacitances Cph-ph were defined as 500 pF and the phase-to-ground capacitance Cph-gnd as 1 nF.

[0081] Nos testes, a superamostragem foi executada com a frequência de 40 MHz, por meio de conversores A/D de 16 bits. A comunicação com um componente FPGA 27 ocorreu através de um buffer de dados 26 (a Fig. 1 A).[0081] In the tests, oversampling was performed with a frequency of 40 MHz, using 16-bit A / D converters. Communication with an FPGA component 27 took place via a data buffer 26 (Fig. 1A).

[0082] Nos testes iniciais, de acordo com a Fig. 5, a capacitância de falha CF foi inserida entre o primeiro toque 38 do enrolamento U 35 e a conexão de fase.[0082] In the initial tests, according to Fig. 5, the CF fault capacitance was inserted between the first touch 38 of the U 35 winding and the phase connection.

[0083] A Fig. 6 mostra, portanto, o sinal em forma de onda obtida, medida com um sensor Rogowski para o derivado de tempo da corrente di/dt, na curva 41, onde a curva de referência 40 para a sinal em forma de onda da máquina intacta é também ilustrada. Como pode ser visto, formas de onda diferentes do sinal são obtidas para as duas curvas 40 (referência) e 41 (com capacitância de falha CF). A capacitância de falha foi, por exemplo, CF = 66 nF.[0083] Fig. 6 shows, therefore, the obtained waveform signal, measured with a Rogowski sensor for the time derivative of the di / dt current, in curve 41, where the reference curve 40 for the shaped signal The waveform of the intact machine is also illustrated. As can be seen, different waveforms of the signal are obtained for the two curves 40 (reference) and 41 (with CF fault capacitance). The failure capacitance was, for example, CF = 66 nF.

[0084] A partir do sinal em forma de onda da Fig. 6 também pode se discernir que, como esperado, a alteração na capacitância de turno não pode ser detectada com base nos valores do sinal de medição na condição de estado estável, porque as duas formas de onda do sinal produzem valores idênticos na condição de estado estável. Entretanto, uma diferença clara em termos de ultrapassagem e frequência natural pode ser discernida a partir da Fig. 6. Esta diferença é apenas discernível quando a fase de tensão do estado de alternância ativo está apontando ao longo do eixo de fase da fase U “degradada” (neste exemplo). Um ponto final para mencionar é que os processos alternados transitórios - como foi demonstrado - exibem apenas uma variação estatística muito pequena. Cada sinal em forma de onda mostrado nas Figuras presentes corresponde a um valor médio obtido na base de 240 medições.[0084] From the waveform signal in Fig. 6 it can also be discerned that, as expected, the change in shift capacitance cannot be detected based on the measurement signal values in the steady state condition, because the two signal waveforms produce identical values in the steady state condition. However, a clear difference in terms of overrun and natural frequency can be discerned from Fig. 6. This difference is only discernible when the voltage phase of the active alternating state is pointing along the phase axis of the degraded U phase. ”(In this example). A final point to mention is that the transient alternating processes - as has been shown - exhibit only very little statistical variation. Each waveform signal shown in the present Figures corresponds to an average value obtained on the basis of 240 measurements.

[0085] Para propósitos de comparação, a Fig. 7 mostra um sinal em forma de onda - sinal de referência 40' e forma de onda medida 41' - para o caso no qual um processo de alternância ocorre por meio do inversor 4' a partir de um estado ativo na faixa positiva para um estado ativo na faixa negativa (por exemplo, a partir de aproximadamente +1 para aproximadamente -2). Por contraste, a Fig. 6 ilustra a forma de onda dos sinais 40, 41 durante um processo de alternância do inversor 4' a partir de um estado inativo 0 para um estado ativo (valor de estado estável aproximadamente +1).[0085] For comparison purposes, Fig. 7 shows a waveform signal - reference signal 40 'and measured waveform 41' - for the case in which an alternation process occurs through the inverter 4 'to from an active state in the positive range to an active state in the negative range (for example, from approximately +1 to approximately -2). In contrast, Fig. 6 illustrates the waveform of signals 40, 41 during an inverter switching process 4 'from an inactive state 0 to an active state (steady state value approximately +1).

[0086] Também, no caso da Fig. 7, a capacitância de falha CF = 66 nF foi conectada entre o primeiro toque 38 da bobina 35 e a conexão de fase U. Também, claramente discerníveis aqui são, primeiramente, a (primeiramente negativo e então positivo) ultrapassagem da forma de onda 4T em comparação ao sinal de referência 40', e segundo, a alteração na frequência natural em termos de alternância no intervalo de tempo ΔT.[0086] Also, in the case of Fig. 7, the fault capacitance CF = 66 nF was connected between the first touch 38 of the coil 35 and the U phase connection. Also, clearly discernible here are, first, a (first negative and then positive) overtaking of the 4T waveform compared to the reference signal 40 ', and second, the change in natural frequency in terms of alternation in the time interval ΔT.

[0087] Em outro teste, medições comparáveis foram feitas com, por outro lado, uma capacitância de falha inserida CF entre um toque no meio do enrolamento de fase U (50% curto-circuito), ou entre o ponto neutro 39 e a conexão de fase (capacitância de falha CF', correspondente a 100% de curto-circuito), onde a capacitância de falhas era de 1 nF em cada caso. A partir do sinal correspondente em forma de ondas na Fig. 8, novamente medido com sensor Rogowskis (sensores di/dt) e obtida após superamostragem em 40 MHz, as diferenças entre o sinal de referência 50 e o sinal 51 no caso de 50% curto-circuito (capacitância de falha CF), por um lado, e o sinal 52 no caso de 100% de curto-circuito, capacitância de falha CF', pode ser claramente identificada. Como também pode ser ali discernido, a detecção das alterações da frequência natural pode ser identificada em formas de onda mostradas aproximadamente seguindo o primeiro período da deterioração transitória.[0087] In another test, comparable measurements were made with, on the other hand, an inserted fault capacitance CF between a touch in the middle of the U phase winding (50% short circuit), or between neutral point 39 and the connection phase (CF 'fault capacitance, corresponding to 100% short circuit), where the fault capacitance was 1 nF in each case. From the corresponding waveform signal in Fig. 8, again measured with Rogowskis sensor (di / dt sensors) and obtained after oversampling at 40 MHz, the differences between the reference signal 50 and signal 51 in the case of 50% short circuit (CF fault capacitance), on the one hand, and signal 52 in the case of 100% short circuit, CF fault capacitance, can be clearly identified. As can also be discerned there, the detection of changes in natural frequency can be identified in waveforms shown approximately following the first period of transient deterioration.

[0088] Para examinar a confiabilidade dos processos alternados transitórios, as propriedades estatísticas dos sinais do sensor foram investigadas. Em cada configuração, como mencionado acima, 240 medições foram feitas em uma máquina ou bobina respectivamente, e os resultados e/ou parâmetros de sinal foram comparados.[0088] To examine the reliability of transient alternating processes, the statistical properties of the sensor signals were investigated. In each configuration, as mentioned above, 240 measurements were made on a machine or coil respectively, and the results and / or signal parameters were compared.

[0089] Correspondendo ao sinal em forma de ondas na Fig. 8, as Figuras 9a (em relação à distância de ultrapassagem) e 9B (em relação à frequência ou frequência natural) esquematicamente ilustra uma densidade de probabilidade normalizada de características do sinal, como foram obtidas a partir de processos alternados transitórios como explicado anteriormente. A distância de ultrapassagem (Δh na Fig. 3) é mostrada em aproximadamente 4.3 para a referência (ultrapassagem 50 A), a primeira ultrapassagem 51A para o sinal 51 é mostrado na Fig. 9A em uma distância de ultrapassagem de pouco acima de 5, e a primeira ultrapassagem 52A no sinal 52 é mostrada na Fig. 9A com uma distância de ultrapassagem de aproximadamente 5.8.[0089] Corresponding to the waveform signal in Fig. 8, Figures 9a (in relation to overtaking distance) and 9B (in relation to natural frequency or frequency) schematically illustrates a normalized probability density of signal characteristics, such as were obtained from alternating transitory processes as explained above. The overtaking distance (Δh in Fig. 3) is shown at approximately 4.3 for the reference (overtaking 50 A), the first overtaking 51A for signal 51 is shown in Fig. 9A at a overtaking distance of just over 5, and the first overtaking 52A at signal 52 is shown in Fig. 9A with an overtaking distance of approximately 5.8.

[0090] Em relação à frequência natural, os valores de frequência correspondentes 50B, 51B, 52B são ilustrados na Fig. 9B, que são aproximadamente 0.27 MHz para a frequência natural no caso da curva de referência 50, aproximadamente 0.38 MHz para a curva de sinal 51 em 50% do curto-circuito, e para 100% do curto-circuito, sinal 52 na Fig. 8, um valor aproximado de 0.33 MHz (52B).[0090] Regarding the natural frequency, the corresponding frequency values 50B, 51B, 52B are illustrated in Fig. 9B, which are approximately 0.27 MHz for the natural frequency in the case of the reference curve 50, approximately 0.38 MHz for the reference curve. signal 51 at 50% of the short circuit, and for 100% of the short circuit, signal 52 in Fig. 8, an approximate value of 0.33 MHz (52B).

[0091] Nenhum algoritmo complicado foi usado nos testes, mas ao invés disso, métodos puramente matemáticos para determinar os parâmetros característicos usados, nomeadamente ultrapassagem e frequência natural. Como é claramente discernível a partir das Fig. 9A e 9B, os parâmetros característicos determinados tem uma baixa variação, que permitem uma detecção confiável e rápida mesmo das menores alterações na capacitância de turno.[0091] No complicated algorithms were used in the tests, but instead, purely mathematical methods to determine the characteristic parameters used, namely overtaking and natural frequency. As it is clearly discernible from Fig. 9A and 9B, the characteristic parameters determined have a low variation, which allows a reliable and rapid detection of even the smallest changes in shift capacitance.

[0092] Como mencionado previamente, para monitorar continuamente o estado dos enrolamentos em operação online, é vantajoso determinar os parâmetros característicos do sinal em uma máquina intacta 2, uma máquina funcionando adequadamente, por exemplo, em uma fase de preparação. Então, é consequentemente importante assegurar que nenhuma alteração nos valores de resistência, indutância ou capacitância tais como aqueles causados por alterações na disposição da conexão, seja introduzida.[0092] As previously mentioned, to continuously monitor the status of the windings in online operation, it is advantageous to determine the characteristic parameters of the signal on an intact machine 2, a machine working properly, for example, in a preparation phase. Therefore, it is therefore important to ensure that no changes in resistance, inductance or capacitance values such as those caused by changes in the arrangement of the connection are introduced.

[0093] Também é possível determinar as partes de medições da constante de amortecimento da oscilação natural transitória - além disso, para ou ao invés da frequência natural 1/ΔT - como um parâmetro característico. Um método de fazê-lo, por exemplo, é aproximar o comportamento de deterioração da oscilação transitória a partir do tamanho e tempo de cada ultrapassagem e redução de passagem, usando funções exponenciais simples.[0093] It is also possible to determine the parts of measurements of the damping constant of the transient natural oscillation - in addition, to or instead of the natural frequency 1 / ΔT - as a characteristic parameter. One method of doing this, for example, is to approximate the deteriorating behavior of the transient oscillation based on the size and time of each overtaking and passage reduction, using simple exponential functions.

Claims

1. Method for testing insulation on an electrical machine (2) during machine operation (2), with a voltage applied to the winding (s) (3) of the machine (2) and a transient process started as a result it is oversampled with a high frequency compared to the characteristic frequencies for a transient oscillation, characterized by the fact that, in order to detect a deterioration in the state of the insulation with the aid of an inverter (4 '), a voltage in steps is applied to the winding (s) (3) of the machine (2) and the resulting current (i) and / or its time derivation (di / dt) is detected as a measurement signal with the aid of at least one sensor ( 6, 7, 8), this measurement signal is oversampled, after which the signal obtained by oversampling is analyzed with respect to characteristic parameters of the transient process, such as overshoot (Δh) and / or natural frequency (1 / ΔT) and / or damping constant, to detect possible deterioration of the insulation.

2. Method, according to claim 1, characterized by the fact that the characteristic parameters obtained by the analysis are compared with corresponding characteristic parameters that were obtained in a previous measurement procedure on a correctly functioning machine.

3. Method, according to claim 1 or 2, characterized by the fact that the characteristic parameters obtained are compared with predefined limit values, which, if exceeded, results in an error condition being decided.

4. Method according to any one of claims 1 to 3, characterized by the fact that the natural frequency (1 / ΔT) is determined by determining the time interval between consecutive over-sampled extreme values of the measurement signal.

5. Method according to any of claims 1 to 4, characterized by the fact that the overshoot (Δh) is determined as a difference between a value in the stable condition and one, possibly first, extreme value in the signal.

6. Method according to any one of claims 1 to 5, characterized by the fact that in order to detect real insulation failures, the stable condition (y∞) of the signal is used as a characteristic parameter.

7. Method according to claim 6, characterized by the fact that in the case of detecting the time derivation of the induced current, the value (y∞) of the signal in the stable condition is determined as the last measured value when a constant voltage is applied.

8. Method, according to claim 6, characterized by the fact that in the case of direct detection of the current induced in the stable condition, the value (y∞) of the signal is determined by means of two separate samples and the slope defined by them in the signal.

9. Method according to any one of claims 1 to 8, characterized by the fact that a plurality of measurement processes is carried out with the application of a step voltage, and a statistical evaluation of the results obtained is carried out.

10. Device for testing insulation on an electrical machine (2) during machine operation (2), with the electrical machine (2) being associated with a supply circuit (4) as well as at least one sensor (6, 7 , 8) in a current supply conductor (4A, 4B, 4C) to the machine (2), and it being provided that means (4 ') for applying a voltage to the winding (s) (3) of the machine (2), as well as an oversampling device (12) for oversampling a measurement signal obtained with the aid of the sensor (6, 7, 8) with a comparatively high frequency with respect to transient processes, which are started when the voltage application, characterized by the fact that the supply circuit (4) contains an inverter (4 '), which at the same time contains the means (4') for applying a voltage, and for detecting a possible deterioration of the insulation, the inverter (4 ') applies a voltage in steps to the winding (s) (3) of the machine (2), the sensor (6, 7 , 8), when applying the voltage in steps, detects the current (i) induced in a winding (3) of the machine (2) or its time derivation (di / dt) as a measurement signal, which is over-shown, and the obtained samples are supplied to a computational unit (16) for the determination of characteristic parameters of the transient process when applying the voltage in steps, such as overrun (Δh) and / or natural frequency (1 / ΔT) and / or constant damping to detect possible insulation deterioration.

Device according to claim 10, characterized by at least one comparator unit (21, 22) for comparing the characteristic parameters obtained with corresponding stored characteristic parameters of the machine (2) when functioning correctly and / or with a predefined limit value .

12. Device according to claim 11, characterized by the fact that the evaluation unit (21, 22) is connected to an evaluation unit (24) for the detection and identification of insulation deterioration and possibly insulation failures.

Device according to any one of claims 10 to 12, characterized by a window circuit (13, 14, 15) between the oversampling device (12) and the actual computational unit (16), the circuit being window (13, 14, 15) with a control input is connected to a control unit (17) that controls the drive and specifies a predefined observation window that begins with a control signal from the control unit (17), at which samples are supplied to the other processing stage.

14. Device according to any one of claims 10 to 13, characterized by the fact that the computational unit (16) is incorporated with an array of field programmable doors (FPGA) (27).

15. Device according to any one of claims 10 to 14, characterized by the fact that the computational unit (16) has a digital signal processor (DSP) (28).